WO2009090000A1 - Method for regulating the secondary cooling system of continuous casting machines - Google Patents
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- B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling
Definitions
- the invention relates to a method for controlling the secondary cooling of the mold with a viable shell leaving cast strand of a slab, thin slab, block, billet or Vorprofilstranggitis, wherein between the guide rollers of the strand guide a water-air mixture as a spray is applied by means of spray nozzles under pressure on the strand surface.
- Secondary cooling is known as pure water cooling (1-material cooling) and with a water-air mixture (2-material cooling).
- the spray water nozzles required for water-air cooling are controlled either individually or in groups depending on process parameters such as, for example, casting speed, steel quality, format width, with the required water pressure and / or water volume.
- the associated air proportion is used here as a fixed setting value (air pressure or volume flow).
- a device for cooling continuous casting is known with at least one arranged between the guide rollers trough-shaped Zerstäubungsbühne in which emerging from openings and intersecting and penetrating water and air jets of water atomized and this is sprayed onto the surface to be cooled.
- Diameter of the openings between 0.5 to 5 mm
- the effect of the secondary cooling water application can be defined by the heat transfer coefficient ⁇ in W / (m 2 K).
- the heat transfer coefficient ⁇ is a proportionality factor that determines the intensity of heat transfer at an interface. It represents a specific characteristic number of a configuration of materials to a fluid environment.
- the heat transfer coefficient ⁇ depends, inter alia, on the set air pressure at the nozzle, since with increasing compressed air pressure the total momentum of the cooling medium increases, thereby reducing the insulating vapor layer - which forms on the strand surface during the cooling process. As a result, the heat transfer coefficient ⁇ or the amount of heat extracted or the effect of the cooling is increased.
- the control of the amount of water and the air pressure is carried out so that a previously determined heat transfer coefficient ⁇ is maintained as a constant value and a change in the control setting for example cost optimization with the same heat transfer coefficient ⁇ is performed.
- the regulation of the amount of water and of the air pressure is then carried out in such a way that as soon as possible a higher or lower heat transfer coefficient ⁇ is achieved, which deviates from the originally set heat transfer coefficient ⁇ .
- the method according to the invention is carried out for the adjustment or regulation of individual spray water nozzles or spray water nozzles combined into groups of individual regions and / or subregions of a common strand guide, the air quantity or the air pressure being advantageously changed for regulation at a given water quantity.
- the water control value determining the water quantity and the air control value determining the air pressure are calculated in a process computer from the process parameters and system parameters, whereby, in addition to the heat transfer coefficient ⁇ , for example the following criteria are taken into account for the calculation of the control values:
- an extended controllability of the heat transfer coefficient at given fixed further process parameters is achieved with a minimization / optimization of water and / or air consumption values and an extended adjustability of the desired strand surface temperature in the form of a targeted cooling of the casting strand.
- FIG. 1 is a schematic diagram of the control concept according to the invention
- Fig. 2 is a control diagram with incorporated heat transfer coefficient ⁇ .
- FIG 1 is shown as a schematic diagram of the control concept of the invention.
- a part of a vertically arranged cast strand 3 is supported by guide rollers 5 arranged laterally spaced from one another.
- a respective Spritzwasserdüse 1 which sprinkles for cooling on the G confusestrangober Assembly conical spray water 2.
- the control concept for an exemplary spray nozzle 1 ' is located.
- the quantity of water or air quantity respectively supplied to the spray water nozzle 1 ' is then controlled from the existing water supply 6 or air supply 7, regulated by the water regulating valve 10 and the air regulating valve 11.
- This regulation is controlled by a respective water volume flow rate meter 14 or air volume flow rate meter 15 arranged upstream of the water control valve 10 or air control valve 11 and by a respective water pressure gauge 8 or air pressure gauge 9 arranged downstream of the water control valve 10 or air control valve 11.
- FIG. 2 shows the control diagram according to the invention based on the heat transfer coefficient ⁇ as a diagram.
- the barometric pressure 12 in bar is plotted against the amount of water 13 in l / min and those based on a defined nozzle characteristic and for three different ones Operating conditions valid heat transfer coefficient curves ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 drawn.
- Each possible point referred to as control operating point 20 on one of the heat transfer coefficient curves corresponds to a specific control ratio of water quantity 13 and air pressure 12.
- the control possibilities resulting from this representation are as follows, where ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3:
- the control operating point 20 is displaced according to the displacement direction 21 along the heat transfer coefficient curve ⁇ 1. This corresponds to a control with a constant heat transfer coefficient ⁇ , as it is carried out for cost optimization, for example.
- a required rapid change of the cooling setting of the control operating point 20 is shifted in the direction 22 to another heat transfer coefficient curve, then further in the direction of displacement 21, with now changed, but constant heat transfer coefficient ⁇ , the amount of water 13 and the air pressure 12th be managed.
- Air quantity at the nozzle 1 ... 20 Nm 3 / h
- Air pressure 2 bar (at the nozzle)
- Variant setting (related to a specific nozzle), water quantity is reduced compared to the basic setting (energy optimization through less water use).
- Air pressure 3 bar (at the nozzle) Result (actual value) Water pressure: 3 bar
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Abstract
Known secondary cooling systems for casting strands by way of a water-air mixture are actuated either individually or in groups as a function of process parameters, such as casting speed, steel quality, and format width, using the required water pressure and/or water volume. The associated air portion is used as a fixed setting value (air pressure or volume flow). In order to embody a novel regulation for a cooling system having such dual-substance nozzles, which has variable regulation of the air portion (pressure or volume) as another key component, it is proposed according to the invention that the quantity of water (13) and the quantity of air, the latter at a given nozzle characteristic as air pressure (12), using the heat transfer coefficients (α) determined from the process, material and system data (18, 19), are used as controlled variables.
Description
Verfahren zur Regelung der Sekundärkühlung von Stranggießanlagen Method for controlling the secondary cooling of continuous casting plants
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Sekundärkühlung eines die Kokille mit einer tragfähigen Schale verlassenden Gießstrangs einer Bram- men-, Dünnbrammen-, Block-, Knüppel-, oder Vorprofilstranggießanlage, wobei zwischen den Führungsrollen der Strangführung eine Wasser-Luft-Mischung als Spritzwasser mittels Spritzwasserdüsen unter Druck auf die Strangoberfläche aufgebracht wird.The invention relates to a method for controlling the secondary cooling of the mold with a viable shell leaving cast strand of a slab, thin slab, block, billet or Vorprofilstranggießanlage, wherein between the guide rollers of the strand guide a water-air mixture as a spray is applied by means of spray nozzles under pressure on the strand surface.
Nachdem der Gießstrang die Kokille verlässt, erfolgt die nachfolgende Abkühlung und Erstarrung in der so genannten Sekundärkühlzone, die sich in der Regel zwischen der Rollenführung oder Strangführung befindet. Bekannt sind Sekundärkühlungen als reine Wasserkühlung (1 -Stoff-Kühlung) und mit einer Wasser-Luft-Mischung (2-Stoff-Kühlung). Die für die Wasser-Luft-Kühlung er- forderlichen Spritzwasserdüsen werden entweder einzeln oder in Gruppen in Abhängigkeit von Prozessparametern, wie beispielsweise Gießgeschwindigkeit, Stahlqualität, Formatbreite, mit dem erforderlichen Wasserdruck und/oder Wasservolumen ange-steuert. Der zugehörige Luftanteil wird hierbei als fester Einstellwert (Luftdruck oder Volumenstrom) verwendet.After the cast strand leaves the mold, the subsequent cooling and solidification takes place in the so-called secondary cooling zone, which is usually located between the roller guide or strand guide. Secondary cooling is known as pure water cooling (1-material cooling) and with a water-air mixture (2-material cooling). The spray water nozzles required for water-air cooling are controlled either individually or in groups depending on process parameters such as, for example, casting speed, steel quality, format width, with the required water pressure and / or water volume. The associated air proportion is used here as a fixed setting value (air pressure or volume flow).
In der DE 31 27 348 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen einer stranggegossenen Bramme beschrieben, wobei die Kühlung indirekt durch Kühlen mehrerer Führungsrollen mit einem Luft-Flüssigkeit-Sprühstrahl erfolgt. Um die für die Kühlwirkung maßgebende Teilchengröße des aus der Luft/Wasser-Düse austretenden Kühlwassers zu untersuchen, wurden in einer Versuchsreihe der Wasserdruck, das Wasservolumen sowie der Luftdruck unabhängig voneinander variiert, wobei Teilchengrößen kleiner 60 μm erreicht wurden. Bei beschränkter Anlagenlänge kann die Bramme alternativ zunächst einer direkten Kühlung durch einen Luft-Flüssigkeit-Sprühstrahl und danach einer indirekten Kühlung im nachfolgenden Verfahrensschritt unterzogen werden.
Aus der DT 25 00 079 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Stranggießprodukten bekannt mit wenigstens einer zwischen den Führungsrollen angeordneten rinnenförmigen Zerstäubungsbühne, in der aus Öffnungen austretende und sich kreuzende und durchdringende Wasser- und Luftstrahlen Wasser zerstäubt und dieses auf die zu kühlende Oberfläche gesprüht wird. Hierbei variieren:In DE 31 27 348 A1 a method and apparatus for cooling a continuously cast slab are described, wherein the cooling is carried out indirectly by cooling a plurality of guide rollers with an air-liquid spray. In order to investigate the decisive for the cooling effect particle size of emerging from the air / water nozzle cooling water, the water pressure, the water volume and the air pressure were independently varied in a series of experiments, with particle sizes smaller than 60 microns were achieved. In the case of a limited system length, the slab may alternatively be first subjected to direct cooling by means of an air-liquid spray jet and then to indirect cooling in the subsequent process step. From DT 25 00 079 a device for cooling continuous casting is known with at least one arranged between the guide rollers trough-shaped Zerstäubungsbühne in which emerging from openings and intersecting and penetrating water and air jets of water atomized and this is sprayed onto the surface to be cooled. These vary:
- Durchmesser der Öffnungen zwischen 0,5 bis 5 mm,Diameter of the openings between 0.5 to 5 mm,
- Verhältnis Wasser- zur Luftmenge zwischen 1 bis 30,- ratio of water to air quantity between 1 and 30,
- Luftgeschwindigkeit zwischen 75 m/sec bis Schallgeschwindigkeit,- air speed between 75 m / sec to the speed of sound,
- Abstand zur Kühlfläche zwischen 5 mm bis 3 m.- Distance to the cooling surface between 5 mm to 3 m.
Ausgehend vom geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Regelung für eine Kühlung mit 2-Stoff-Düsen darzustellen, die eine variable Regelung des Luftanteils (Druck oder Volumen) als wesentliche weitere Komponente aufweist.Based on the described prior art, it is an object of the invention to present a novel control for cooling with 2-fluid nozzles, which has a variable control of the air content (pressure or volume) as a significant additional component.
Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass das als Regelgröße die Wassermenge und die Luftmenge, letztere bei gegebener Düsenkennlinie als Luftdruck, unter Verwendung des aus Prozess-, Material- und Anlagendaten ermittelten Wärmeübergangsko- effizienten α verwendet werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The stated object is achieved with the characterizing features of claim 1, characterized in that as a controlled variable, the amount of water and the amount of air, the latter for a given nozzle characteristic as air pressure, using the determined from process, material and system data Wärmeübergangsko- efficient α be used. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Wirkung der Wasserbeaufschlagung bei der Sekundärkühlung kann über den Wärmeübergangskoeffizienten α in W/(m2K) definiert werden. Der Wärme- Übergangskoeffizient α ist ein Proportionalitätsfaktor, der die Intensität des Wärmeübergangs an einer Grenzfläche bestimmt. Er stellt eine spezifische Kennzahl einer Konfiguration von Materialien zu einer Umgebung in Form eines Fluids dar. Der Wärmeübergangskoeffizient α hängt u. a. von dem eingestellten Luftdruck an der Düse ab, da mit Zunahme des Pressluftdrucks der Gesamtim- puls des Kühlmediums erhöht und dadurch die isolierende Dampfschicht redu-
ziert wird, die sich beim Abkühlvorgang auf der Strangoberfläche bildet. Hierdurch wird der Wärmeübergangskoeffizient α bzw. die entzogene Wärmemenge oder die erzielte Wirkung der Kühlung gesteigert.The effect of the secondary cooling water application can be defined by the heat transfer coefficient α in W / (m 2 K). The heat transfer coefficient α is a proportionality factor that determines the intensity of heat transfer at an interface. It represents a specific characteristic number of a configuration of materials to a fluid environment. The heat transfer coefficient α depends, inter alia, on the set air pressure at the nozzle, since with increasing compressed air pressure the total momentum of the cooling medium increases, thereby reducing the insulating vapor layer - which forms on the strand surface during the cooling process. As a result, the heat transfer coefficient α or the amount of heat extracted or the effect of the cooling is increased.
Zur erfindungsgemäßen Verwendung des Wärmeübergangskoeffizienten α als Regelkenngröße wird die Regelung der Wassermenge und des Luftdrucks so durchgeführt, dass ein vorab ermittelter Wärmeübergangskoeffizient α als konstanter Wert beibehalten wird und eine Änderung der Regeleinstellung zur beispielsweisen Kostenoptimierung bei möglichst gleichem Wärmeübergangskoeffizienten α durchgeführt wird.For the inventive use of the heat transfer coefficient α as a control parameter, the control of the amount of water and the air pressure is carried out so that a previously determined heat transfer coefficient α is maintained as a constant value and a change in the control setting for example cost optimization with the same heat transfer coefficient α is performed.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit oder bei einer schnellen prozessbedingten Änderung der Kühlung wird die Regelung der Wassermenge und des Luftdrucks dann so durchgeführt, dass schnellstmöglich ein vom ursprünglich eingestellten Wärmeübergangskoeffizienten α abweichend höherer oder niedrigerer Wärme- Übergangskoeffizient α erreicht wird.In order to increase the efficiency or in the event of a rapid process-related change in the cooling, the regulation of the amount of water and of the air pressure is then carried out in such a way that as soon as possible a higher or lower heat transfer coefficient α is achieved, which deviates from the originally set heat transfer coefficient α.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Einstellung bzw. Regelung einzelner Spritzwasserdüsen oder von in Gruppen einzelner Bereiche und/oder Teilbereiche einer gemeinsamen Strangführung zusammengefassten Spritzwasserdü- sen durchgeführt, wobei mit Vorteil zur Regelung bei gegebener Wassermenge die Luftmenge bzw. der Luftdruck verändert wird. Der die Wassermenge bestimmende Wasserregelwert und der den Luftdruck bestimmende Luftregelwert wird in einem Prozessrechner aus den Prozessparametern und Anlagenparametern berechnet, wobei neben dem Wärmeübergangskoeffizient α zur Be- rechnung der Regelwerte beispielsweise folgende Kriterien berücksichtigt werden:The method according to the invention is carried out for the adjustment or regulation of individual spray water nozzles or spray water nozzles combined into groups of individual regions and / or subregions of a common strand guide, the air quantity or the air pressure being advantageously changed for regulation at a given water quantity. The water control value determining the water quantity and the air control value determining the air pressure are calculated in a process computer from the process parameters and system parameters, whereby, in addition to the heat transfer coefficient α, for example the following criteria are taken into account for the calculation of the control values:
- Gießgeschwindigkeit- Casting speed
- Stahlqualitäten - Formatabmessungen
- Durchflusswerte- Steel grades - Format dimensions - Flow values
- Düsenkennlinie- nozzle characteristic
- Ventilkennlinien- Valve characteristics
- Druckwerte- Pressure values
- Temperaturen - Oberflächenzieltemperaturen- Temperatures - Surface target temperatures
- Erstarrungszielwerte- solidification target values
- Minimaler Energieaufwand- Minimal energy consumption
- Ausnutzung des max. Regelbereiches- utilization of the max. control range
- eine bestimmte oder max. Kühlleistung- a certain or max. cooling capacity
Durch das Verfahren der Erfindung wird eine erweiterte Regelbarkeit des Wärmeübergangskoeffizienten bei gegebenen festen weiteren Prozessparametern erzielt mit einer Minimierung/Optimierung der Wasser- und/oder Luftverbrauchswerte und einer erweiterten Einstellbarkeit der gewünschten Strang- Oberflächentemperatur in Form einer gezielten Abkühlung des Gießstrangs. Zusammenfassend sind mit dem Verfahren der Erfindung folgende Vorteile erreichbar:By the method of the invention, an extended controllability of the heat transfer coefficient at given fixed further process parameters is achieved with a minimization / optimization of water and / or air consumption values and an extended adjustability of the desired strand surface temperature in the form of a targeted cooling of the casting strand. In summary, the following advantages can be achieved with the method of the invention:
- Verbesserung der erzeugten Oberflächenqualität der Bramme durch eine ge- zielte bzw. genauere Steuerung der Strangerstarrung in der Strangführung,Improvement of the produced surface quality of the slab by a targeted or more precise control of the strand solidification in the strand guide,
- gezielte Einstellung der Strangoberflächentemperatur (Temperaturprofil) in Gießrichtung,- targeted adjustment of the strand surface temperature (temperature profile) in the casting direction,
- gezielte Einstellung der Strangoberflächentemperatur (Temperaturprofil) quer zur Gießrichtung (bzw. über die Gießproduktbreite),- targeted adjustment of the strand surface temperature (temperature profile) transversely to the casting direction (or over the cast product width),
- gezielte Regelung der Strangerstarrung (Wärmeabfuhr über die Sekundärkühlung) zur Verbesserung der Oberflächen und Innenqualität des Gießproduktes,
- Regelung/Einstellung eines bestimmten prozessabhängigen Wasser- /Luftverhältnisses (Druck oder Volumen/Menge),- targeted control of strand solidification (heat removal via secondary cooling) to improve the surface and internal quality of the cast product, - regulation / adjustment of a specific process-dependent water / air ratio (pressure or volume / quantity),
- Einstellung einer Kühlleistung über Kennlinien für Wasserdruck/-menge und Luftdruck/-menge,- Setting a cooling capacity over characteristic curves for water pressure / quantity and air pressure / quantity,
-Einstellung einer Kühlleistung durch geeignetes Verhältnis zwischen Wasser- druck/-menge und Luftdruck/-menge, so dass das Spritzbild optimal ist,Setting a cooling capacity by a suitable ratio between water pressure / quantity and air pressure / quantity, so that the spray pattern is optimal,
- Einstellung einer Kühlleistung durch geeignetes Verhältnis zwischen Wasser- druck/-menge und Luftdruck/-menge, so dass der Impuls optimal ist,Setting a cooling capacity by a suitable ratio between the water pressure / quantity and the air pressure / quantity, so that the momentum is optimal,
- Regelung einer Kühlleistung durch geeignetes Verhältnis zwischen Wasser- druck/-menge und Luftdruck/-menge in Richtung größter Wirksamkeit,- control of a cooling capacity by a suitable ratio between water pressure / quantity and air pressure / quantity in the direction of greatest effectiveness,
- Einstellung einer maximalen Kühlleistung unter Berücksichtigung der gegebenen bereitgestellten Energie durch vorliegende Wasserdrücke/Wasservolumen und/oder vorliegende Luftdrücke/Luftvolumen zur Maximierung der Produktion,Setting a maximum cooling capacity taking into account the given energy provided by present water pressures / volumes and / or present air pressures / volumes to maximize production,
- Einstellung einer optimalen Kühlleistung unter Berücksichtigung der gegebe- nen bereitgestellten Medien (vorliegende Wasserdrücke/Wasservolumen und/oder vorliegende Luftdrücke/Luftvolumen) zur Minimierung des Medienverbrauches bei der Erzeugung von Luft- und Wasserdrücken bzw. deren Volumen.- Setting an optimal cooling capacity taking into account the given provided media (present water pressures / water volume and / or present air pressures / air volumes) to minimize the media consumption in the generation of air and water pressures or their volume.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an in schematischen Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.Further advantages and details of the invention are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in schematic drawing figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Regelkonzepts,
Fig. 2 ein Regelschema mit einbezogenem Wärmeübergangskoeffizienten α.1 is a schematic diagram of the control concept according to the invention, Fig. 2 is a control diagram with incorporated heat transfer coefficient α.
In der Figur 1 ist als Prinzipskizze das Regelkonzept der Erfindung dargestellt. In der Figur links wird ein Teil eines senkrecht angeordneten Gießstrangs 3 durch seitlich mit Abstand voneinander angeordnete Führungsrollen 5 abgestützt. Zwischen den Führungsrollen 5 befindet sich jeweils eine Spritzwasserdüse 1 , die zur Kühlung auf die Gießstrangoberfläche kegelförmig Spritzwasser 2 aufdüst. Im rechten Teil der Fig. 1 ist das Regelkonzept für eine beispielhafte Spritzwasserdüse 1' eingezeichnet. Ermittelte oder feststehende Prozesspara- meter 18 und Anlagenparameter 19, beispielsweise die Oberflächentemperatur, die Produktqualität und das Wasser-/Luftverhältnis, werden in einen Prozessrechner 4 eingespeist und von diesem unter Berücksichtigung von zu erreichenden Zielen, beispielsweise einer maximalen Kühlwirkung bei minimalem Energieaufwand, und nach Berechnung des erforderlichen Wärmeübergangs- koeffizienten α zu dem benötigten Wasserregelwert 16 bzw. Luftregelwert 17 umgerechnet. Mit diesen Werten wird dann aus der vorhandenen Wasserzuführung 6 bzw. Luftzuführung 7 die der Spritzwasserdüse 1' jeweils zugeführte Wassermenge bzw. Luftmenge angesteuert, geregelt durch das Wasserregelventil 10 und das Luftregelventil 11.In the figure 1 is shown as a schematic diagram of the control concept of the invention. In the figure on the left, a part of a vertically arranged cast strand 3 is supported by guide rollers 5 arranged laterally spaced from one another. Between the guide rollers 5 there is a respective Spritzwasserdüse 1, which sprinkles for cooling on the Gießstrangoberfläche conical spray water 2. In the right part of Fig. 1, the control concept for an exemplary spray nozzle 1 'is located. Determined or fixed process parameters 18 and system parameters 19, for example the surface temperature, the product quality and the water / air ratio, are fed into a process computer 4 and from this, taking into account achievable goals, such as a maximum cooling effect with minimal energy consumption, and after Calculation of the required heat transfer coefficient α to the required water control value 16 or air control value 17 converted. With these values, the quantity of water or air quantity respectively supplied to the spray water nozzle 1 'is then controlled from the existing water supply 6 or air supply 7, regulated by the water regulating valve 10 and the air regulating valve 11.
Kontrolliert wird diese Regelung durch jeweils einen vor dem Wasserregelventil 10 bzw. Luftregelventil 11 angeordneten Wasservolumenstrom-Mengenmesser 14 bzw. Luftvolumenstrom-Mengenmesser 15, sowie durch jeweils einen nach dem Wasserregelventil 10 bzw. Luftregelventil 11 angeordneten Wasserdruck- messer 8 bzw. Luftdruckmesser 9.This regulation is controlled by a respective water volume flow rate meter 14 or air volume flow rate meter 15 arranged upstream of the water control valve 10 or air control valve 11 and by a respective water pressure gauge 8 or air pressure gauge 9 arranged downstream of the water control valve 10 or air control valve 11.
In der Figur 2 ist das auf den Wärmeübergangskoeffizienten α beruhende erfindungsgemäße Regelschema als Diagramm dargestellt. Im Diagramm sind der Luftdruck 12 in bar über die Wassermenge 13 in l/min aufgetragen und die auf einer definierten Düsenkennlinie beruhende und die für drei unterschiedliche
Betriebszustände geltenden Wärmeübergangskoeffizienten-Kurven α1 , α2 und α3 eingezeichnet. Jeder mögliche als Regel-Arbeitspunkt 20 bezeichnete Punkt auf einer der Wärmeübergangskoeffizienten-Kurven entspricht dabei einem ganz bestimmten Regelverhältnis von Wassermenge 13 und Luftdruck 12. Die sich aus dieser Darstellung ergebenden Regelmöglichkeiten sind wie folgt, wo- bei gilt α1 < α2 < α3:FIG. 2 shows the control diagram according to the invention based on the heat transfer coefficient α as a diagram. In the diagram, the barometric pressure 12 in bar is plotted against the amount of water 13 in l / min and those based on a defined nozzle characteristic and for three different ones Operating conditions valid heat transfer coefficient curves α1, α2 and α3 drawn. Each possible point referred to as control operating point 20 on one of the heat transfer coefficient curves corresponds to a specific control ratio of water quantity 13 and air pressure 12. The control possibilities resulting from this representation are as follows, where α1 <α2 <α3:
Der Regel-Arbeitspunkt 20 wird entsprechend der Verschieberichtung 21 entlang der Wärmeübergangskoeffizienten-Kurve α1 verschoben. Dies entspricht einer Regelung mit konstantem Wärmeübergangskoeffizienten α, wie sie beispielsweise zur Kostenoptimierung durchgeführt wird. Bei einem erforderlichen schnellen Wechsel der Kühleinstellung wird der Regel-Arbeitspunkt 20 in Verschieberichtung 22 bis zu einer anderen Wärmeübergangskoeffizienten-Kurve verschoben, auf der dann weiter in Verschieberichtung 21 , mit nun geänderten, aber konstant bleibenden Wärmeübergangskoeffizient α, die Wassermenge 13 und der Luftdruck 12 geregelt werden.The control operating point 20 is displaced according to the displacement direction 21 along the heat transfer coefficient curve α1. This corresponds to a control with a constant heat transfer coefficient α, as it is carried out for cost optimization, for example. In a required rapid change of the cooling setting of the control operating point 20 is shifted in the direction 22 to another heat transfer coefficient curve, then further in the direction of displacement 21, with now changed, but constant heat transfer coefficient α, the amount of water 13 and the air pressure 12th be managed.
Die Lösung der gestellten Aufgabe, eine variable Regelung anzugeben, die als wesentliche weitere Komponente den der Spritzwasserdüse zugeführten Luft- anteil aufweist, wird durch die Darstellung der Fig. 2 somit deutlich herausgestellt.The solution of the stated object, to provide a variable control, which has as an essential further component of the spray water nozzle supplied air proportion, thus clearly highlighted by the illustration of FIG.
Nachfolgend ist ein Zahlenbeispiel einer Grundeinstellung von Spritzwasserdüsen für eine Zweistoffkühlung (Wasser/Luft) für Stranggießanlagen angegeben:The following is a numerical example of a basic setting of spray nozzles for a two-fluid cooling (water / air) for continuous casting:
Allgemeine Grenz-/Eckwerte für eine 2-Stoff-DüseGeneral limit values for a 2-fluid nozzle
Wasserdruckstellbereich : 0,5 ... 12 barWater pressure range: 0.5 ... 12 bar
Luftmenge an der Düse : 1 ... 20 Nm3/hAir quantity at the nozzle: 1 ... 20 Nm 3 / h
Wassermenge : 0,05 ... 40 l/min Luftdruck : 0,5 ... 6 bar
Wärmeübergangskoeffizient (HTC) : 0,5 ... 1000 W/(m2K)Amount of water: 0.05 ... 40 l / min Air pressure: 0.5 ... 6 bar Heat transfer coefficient (HTC): 0.5 ... 1000 W / (m 2 K)
Einspeisesystem mit ausreichend vorhandenem Volumen bzw. Menge typische Netzwerte Wasserdruck : 14 barInfeed system with sufficient volume or quantity Typical network values Water pressure: 14 bar
Luftdruck : 4 barAir pressure: 4 bar
Grundeinstellung (auf eine spezifische Düse bezogen) Sollwerte Wassermenge : 8 l/minBasic setting (based on a specific nozzle) Nominal values Water quantity: 8 l / min
Luftdruck : 2 bar (an der Düse)Air pressure: 2 bar (at the nozzle)
Ergebnis (Istwert) Wasserdruck : 3,5 bar Luftmenge : 6 NrrvVhResult (actual value) Water pressure: 3.5 bar Air volume: 6 NrrvVh
Wärmeübergangskoeffizient : 150 W/(m2K) (ermittelt)Heat transfer coefficient: 150 W / (m 2 K) (determined)
Variante Einstellung (auf eine spezifische Düse bezogen), Wassermenge ist gegenüber der Grundeinstellung reduziert (Energieoptimierung durch weniger Wassereinsatz).Variant setting (related to a specific nozzle), water quantity is reduced compared to the basic setting (energy optimization through less water use).
Regelungsansatz (der Wärmeübergangskoeffizient mit 150 W/(m2K) soll erhalten bleiben: Sollwerte Wassermenge : 6 l/minControl approach (the heat transfer coefficient with 150 W / (m 2 K) should be maintained: Setpoints water quantity: 6 l / min
Luftdruck : 3 bar (an der Düse) Ergebnis (Istwert) Wasserdruck : 3 barAir pressure: 3 bar (at the nozzle) Result (actual value) Water pressure: 3 bar
Luftmenge : 10 NnrVh
Air volume: 10 NnrVh
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Spritzwasserdüse1 spray nozzle
2 Spritzwasser 3 Gießstrang2 splash water 3 cast strand
4 Prozessrechner4 process computers
5 Führungsrolle5 leadership role
6 Wasserzuführung6 water supply
7 Luftzuführung 8 Wasserdruckmesser7 air supply 8 water pressure gauge
9 Luftdruckmesser9 air pressure gauge
10 Wasserregelventil10 water control valve
11 Luftregelventil11 air control valve
12 Luftdruck 13 Wassermenge12 air pressure 13 water quantity
14 Wasservolumenstrom-Mengenmesser14 Water flow rate meter
15 Luftvolumenstrom-Mengenmesser15 Air flow rate meter
16 Wasserregelwert16 water control value
17 Luftregelwert 18 Prozessparameter17 Air control value 18 Process parameters
19 Anlagenparameter19 system parameters
20 Regel-Arbeitspunkt20 control operating point
21 Verschieberichtung des Arbeitspunktes bei gleich bleibendem α21 Displacement direction of the operating point at a constant α
22 Verschieberichtung des Arbeitspunktes bei unterschiedlichem α α Wärmeübergangskoeffizient
22 Displacement direction of the operating point with different α α heat transfer coefficient
Claims
1. Verfahren zur Regelung der Sekundärkühlung eines die Kokille mit einer tragfähigen Schale verlassenden Gießstrangs (3) einer Brammen-, Dünn- brammen-, Block-, Knüppel-, oder Vorprofilstranggießanlage, wobei zwischen den Führungsrollen (5) der Strangführung eine Wasser-Luft-Mischung als Spritzwasser (2) mittels Spritzwasserdüsen (1 ) unter Druck auf die Strangoberfläche aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße die Wassermenge (13) und die Luftmenge, letztere bei gegebener Düsenkennlinie als Luftdruck (12), unter Verwendung des aus Prozess-, Material- und Anlagendaten (18, 19) ermittelten Wärmeübergangskoeffizienten (α) verwendet werden.1. A method for controlling the secondary cooling of the mold with a stable shell leaving cast strand (3) a slab, thin slab, block, billet, or Vorprofilstranggießanlage, wherein between the guide rollers (5) of the strand guide a water-air Mixture as spray (2) by means of spray nozzles (1) is applied under pressure to the strand surface, characterized in that as a controlled variable, the amount of water (13) and the amount of air, the latter for a given nozzle characteristic as air pressure (12), using the off -, material and plant data (18, 19) determined heat transfer coefficient (α) can be used.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Wassermenge (13) und des Luftdrucks (12) unter Beibehaltung eines Wärmeübergangskoeffizienten (α) durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the control of the amount of water (13) and the air pressure (12) while maintaining a heat transfer coefficient (α) is performed.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Wassermenge (13) und des Luftdrucks (12) so durchgeführt wird, dass schnellstmöglich ein abweichend höherer oder niedrigerer Wärmeübergangskoeffizient (α) erreicht wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the control of the amount of water (13) and the air pressure (12) is performed so that a deviating higher or lower heat transfer coefficient (α) is achieved as quickly as possible.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzwasserdüsen (1 ) einzeln und/oder in Gruppen einzelner Bereiche und/oder Teilbereiche einer gemeinsamen Strangführung getrennt ge- regelt werden. 4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the spray water nozzles (1) individually and / or in groups of individual areas and / or subregions of a common strand guide are controlled separately.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung bei gegebener Wassermenge (13) die Luftmenge bzw. der Luftdruck (12) verändert wird.5. The method according to claim 4, characterized in that for regulating at a given amount of water (13) the amount of air or the air pressure (12) is changed.
6. Verfahren nach einem oder mehrere der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Wassermenge (13) bestimmende Wasserregelwert (16) und der den Luftdruck (12) bestimmende Luftregelwert (17) in einem Prozessrechner (4) aus den Prozessparametern (18) und Anlagenparametern (19) berechnet wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the water quantity (13) determining the water control value (16) and the air pressure (12) determining air control value (17) in a process computer (4) from the process parameters ( 18) and system parameters (19) is calculated.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Wärmeübergangskoeffizienten (α) zur Berechnung der Regelwerte (16, 17) beispielsweise folgende Kriterien berücksichtigt werden:7. The method according to claim 6, characterized in that in addition to the heat transfer coefficient (α) for calculating the control values (16, 17), for example, the following criteria are taken into account:
- Gießgeschwindigkeit- Casting speed
- Stahlqualitäten- Steel qualities
- Formatabmessungen - Durchflusswerte- Format dimensions - Flow values
- Düsenkennlinie- nozzle characteristic
- Ventilkennlinien- Valve characteristics
- Druckwerte- Pressure values
- Temperaturen - Oberflächenzieltemperaturen- Temperatures - Surface target temperatures
- Erstarrungszielwerte- solidification target values
- Minimaler Energieaufwand- Minimal energy consumption
- Ausnutzung des max. Regelbereiches- utilization of the max. control range
- eine bestimmte oder max. Kühlleistung - a certain or max. cooling capacity
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